--Quảng cáo---
--Quảng cáo---

Tế bào pin mặt trời siêu mỏng perovskites 2D có hiệu suất quang điện cao và ổn định

THÁI BẰNG - 11:20 07/12/2021

Các kỹ sư thuộc trường Đại học Rice, Mỹ đạt được tiêu chuẩn mới trong thiết kế pin mặt trời mỏng cấp nguyên tử làm bằng perovskite bán dẫn, nâng cao hiệu suất nhưng vẫn giữ được khả năng chống chọi với tác động môi trường.

Một lớp phủ hai chiều hợp chất perovskite là cơ sở cho một pin mặt trời hiệu quả chống chọi tác động môi trường. Các kỹ sư tại Đại học Rice đã nâng hiệu suất quang điện của perovskites 2D lên tới 18%. Ảnh: Jeff Fitlow / Đại học Rice

Phòng thí nghiệm của PGS hóa học kỹ thuật nano Aditya Mohite, thuộc Trường Kỹ thuật George R. Brown, Đại học Rice phát hiện rằng, ánh sáng mặt trời thu hẹp không gian giữa các lớp nguyên tử trong perovskite 2D, cho phép tăng hiệu suất quang điện của vật liệu lên tới 18%, một bước nhảy vọt đáng kinh ngạc.

PGS Mohite cho biết, trong 10 năm, hiệu quả của perovskites tăng vọt từ 3% lên hơn 25%. Những chất bán dẫn khác cần khoảng 60 năm để đạt được kết quả này. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Nature Nanotechnology.

Perovskites là những hợp chất có mạng tinh thể hình khối giống nhau và là vật liệu thu ánh sáng hiệu quả cao. Perovskite hiệu quả trong chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng, nhưng ánh sáng mặt trời và độ ẩm nhanh chóng làm suy giảm vật liệu.

Theo PGS Mohite, pin mặt trời dự kiến hoạt động trong 20 đến 25 năm, các tế bào pin mặt trời perovskite rất hiệu quả nhưng không ổn định. Những tế bào pin perovskite 2D có độ ổn định rất cao nhưng không đủ hiệu quả để lắp đặt trên mái nhà. 

Các khoa học đã phát hiện được, trong một số perovskite 2D nhất định, ánh sáng mặt trời thu hẹp một cách hiệu quả không gian giữa các nguyên tử, cải thiện khả năng dẫn điện của vật liệu.

TS Siraj Sidhik chuẩn bị quay phủ một lớp nền bằng hợp chất, khi đông đặc thành perovskite 2D. Ảnh: Jeff Fitlow / Đại học Rice

Nhóm nghiên cứu nhận thấy, khi chiếu sáng vật liệu, dường như vật liệu bị nén lại, liên kết các lớp lại với nhau và tăng cường vận chuyển điện tích theo. Các nhà khoa học cũng phát hiện việc đặt một lớp cation hữu cơ giữa Iodide ở trên cùng và chì ở dưới cùng tăng cường sự tương tác giữa các lớp.

Cả hai kết quả thực tế và mô phỏng đều cho thấy, sau 10 phút được chiếu ánh sáng máy mô phỏng ánh sáng ở cường độ 1 mặt trời, các tấm perovskite 2D co lại 0,4% dọc theo chiều dài của chúng và khoảng 1% chiều dày từ trên xuống dưới. Hiệu quả có thể thấy được trong 1 phút dưới cường độ ánh sáng 5 mặt trời.

Sự co lại 1% này trong khoảng cách mạng tinh thể tạo ra sự tăng cường lớn dòng điện tử. Nghiên cứu cho thấy sự gia tăng gấp 3 lần độ dẫn điện tử của vật liệu. Đồng thời, bản chất mạng tinh thể khiến vật liệu ít bị biến chất hơn, ngay cả khi bị nung nóng đến 80 độ C (176 độ F ). Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy, mạng tinh thể nhanh chóng trở lại cấu hình bình thường sau khi đèn tắt.

Theo nhóm nghiên cứu, một trong những điểm hấp dẫn chính của perovskite 2D là thường có các nguyên tử hữu cơ hoạt động như rào cản đối với độ ẩm, ổn định nhiệt và giải quyết các vấn đề di chuyển ion. Các perovskite 3D dễ mất tính ổn định dưới tác động của nhiệt và ánh sáng, vì vậy các nhà khoa học đặt các lớp 2D lên trên các perovskite để xác định, liệu sự kết hợp có mang lại hiệu quả cao hay không. Nhóm nhà khoa học cho rằng, nên sản xuất các pin điện mặt trời perovskite 2D và tìm kiếm các giải pháp làm tăng tính hiệu quả.

Kỹ sư Wenbin Li, PGS hóa học và kỹ thuật nano Aditya Mohite, TS Siraj Sidhik trong nghiên cứu sản xuất perovskite 2D cường lực cho pin mặt trời. Ảnh Jeff Fitlow / Đại học Rice

Nhà vật lý Argonne Joe Strzalka, đồng tác giả nghiên cứu  đã cho chất quang hoạt từ pin mặt trời tiếp xúc với ánh sáng mặt trời mô phỏng trong khi giữ nhiệt độ không đổi và quan sát thấy những đợt co nhỏ ở cấp độ nguyên tử.

Trong một thí nghiệm đối chứng, Strzalka và các đồng nghiệp để căn phòng tối và tăng nhiệt độ, quan sát thấy hiệu ứng ngược lại - sự giãn nở của vật liệu. Kết quả này cho thấy rằng chính ánh sáng, không phải nhiệt đã gây ra biến đổi vật liệu.


(0) Bình luận
Nổi bật Khoa học & Đời sống
Các nước nghèo sẽ nhận được thuốc “phi lợi nhuận” của Pfizer
Y học và đời sống- Khánh Thủy - 07:20 26/05/2022
Phát biểu tại Diễn đàn Kinh tế thế giới (WEF) ở Davos (Thụy Sĩ), giám đốc điều hành Pfizer Albert Bourla đề xuất bán các loại thuốc của hãng này theo hình thức phi lợi nhuận cho các nước nghèo nhất thế giới.
--Quảng cáo---
--Quảng cáo---
--Quảng cáo---